清華新聞網4月24日電 4月18日，清華大學生命學院何塞（José Carlos Pastor-Pareja）課題組在《發育細胞》（Developmental Cell）期刊上發表了題為「血影斑蛋白Shot在果蠅多倍體細胞中維持核周微管網絡」 （Spectraplakin Shot maintains perinuclear microtubule organization in Drosophila polyploid cells）的研究論文。該論文發現了形成核周微管網絡是果蠅多倍體細胞的特徵，並揭示了微管結合蛋白Shot對於形成核周微管組織中心的重要作用。
多倍體細胞可存在於二倍體生物體內這一現象在自然界中是廣泛存在的，並且常見於癌細胞。多倍體細胞是一種特殊類型的分化細胞，他們通過改變細胞周期從而實現了DNA的不斷複製，但卻不經歷細胞分裂時期。在增殖細胞中，中心體作為微管組織中心（MicroTubule Organizing Center, MTOC）調控著細胞內微管的分布及排列方式。但在分化的細胞中，細胞會在特定位置形成非中心體-微管組織中心從而調控微管的生長及分布。因此，在分化但DNA卻不斷複製的多倍體細胞中，微管網絡是如何分布？以及微管又是如何從中心體上解離？學術界對此並不十分清楚。
Shot對多倍體細胞核周微管組織中心重要的維持作用
本項研究利用果蠅遺傳學，轉基因技術，共聚焦顯微鏡，透射電鏡，體外實驗，活細胞成像等技術證明了在果蠅幼蟲期的多倍體脂肪體細胞以及其他類型的多倍體細胞中均存在核周微管組織中心(Perinuclear MTOC, pnMTOC)。進一步研究發現，微管的缺失會引起細胞核變大和位置偏移，說明核周微管組織中心具有維持細胞核大小和位置的作用。血影斑蛋白Shot是pnMTOC的重要組分，在缺失Shot的多倍體細胞中，核周微管組織中心不再繞核，而是在核周一點形成異常聚集的微管組織中心。進一步的實驗表明，這個異常聚集的微管組織中心是通過微管馬達蛋白Kinesin介導的微管滑動所形成。與此同時，Shot的缺失使多倍體細胞形成類似於分裂溝的細胞質膜向內凹陷的表型，這說明有絲分裂進程在多倍體細胞中被部分激活。因此，微管的異位聚集能夠使非分裂的多倍體細胞試圖分裂。
此外，在敲低細胞周期調控因子CycE, Cdk2 或者 E2F的多倍體細胞中，核周微管網絡不能正常形成。而在由二倍體誘導形成的多倍體細胞中能夠形成核周微管組織中心，從而進一步證實了多倍體的核內複製周期與核周微管網絡的關係：核內複製周期是形成核周微管網絡的必要條件，同時也是充分條件，即核內複製周期足以促進形成核周微管網絡。
研究人員還進一步發現了其他核周微管組織中心組分Patronin和Katanin p60-like 1對於形成pnMTOC的作用。微管切割蛋白Kat-60L1將已形成的微管切割成小片段，微管負極結合蛋白Patronin能夠與其負端結合併穩定，從而為微管生長提供模板，再通過Shot與核膜蛋白LINC複合物的相互作用將微管錨定到核膜，從而形成核周微管組織中心。
綜上所述，本項研究揭示了多倍體化進程與核周微管網絡的關係，發現了Shot及其他各組分對於形成和維持核周微管網絡的重要作用。
清華大學生命學院何塞（José Carlos Pastor-Pareja）研究員為本文的通訊作者，清華大學生命學院PTN項目博士生孫天慧為本文第一作者。清華大學生命學院梁鑫課題組和醫學院倪建泉課題組共同合作完成了本項課題。本項研究受到了國家自然科學基金委和清華-北大生命科學聯合中心的資助。
原文連結：
https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(19)30238-2
供稿：生命學院
編輯：李華山
審核：周襄楠